在有著“東方夏威夷”美譽的山東榮成石島灣，矗立著一座全球獨一無二的核電站——華能石島灣高溫氣冷堆示范工程，這是我國具有完全自主知識產權的全球首座第四代核電站。

在世界其他國家四代核電尚處于研發、在建階段的時候，我國自主知識產權四代核電實現了從試驗堆向商業堆的跨越：2021年12月完成首次并網發電、2023年12月6日正式投入商運并且良好運營至今，意味著我國在全球核電技術領域已經變“跟跑”為“領跑”。

華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程廠區

“天生”安全的核電站

“固有安全”是第四代核電區別于以往歷代核電的顯著特征。

2011年，建設于上世紀70年代的第二代核電——日本福島核電站因地震海嘯沖擊造成供電設施和備用電源雙雙失靈，堆芯熱量無法排到最終熱阱，導致堆芯過熱熔毀。彼時，福島核事故為全球核電行業敲響了警鐘。此后發展的第三代核電具有預防和緩解嚴重事故的設施，例如增加非能動緊急干預系統等。

而第四代核電更是從設計上消除了場外應急響應的需求，即反應堆不靠外部動力、冷卻劑等，就能確保核反應不失控、反應堆不熔毀、放射性不泄漏，做到“天生”安全。

“天生”安全是怎么實現的呢？“我們設了三道防線。”華能石島灣核電公司運行值長仝禮允介紹，第一道防線是耐高溫的球形燃料元件：核燃料被耐高溫材料層層包裹，這套“盔甲”最高可承受1620攝氏度的高溫，而反應堆在任何事故下，堆芯內部的最高溫度都不會高于1620攝氏度，因此能保證包覆燃料顆粒的完整性不受影響，可有效防止放射性物質外泄。

第二道防線是反應堆的“自穩”特性。“簡單來說，就是當溫度升高達到設定閾值時，反應堆會進行負反饋，反應堆功率自己就會降下來。”仝禮允說，“即使在最極端的事故情況下，所有的控制手段都失效了，反應堆自己就可以‘剎車’。”

“剎車”之后還要導出余熱，非能動的余熱排出系統就是第三道防線。“高溫氣冷堆設置了一套非能動的余熱排出系統。就是不需要任何的外界動力，不需要水泵和風機，堆芯余熱能夠借助熱傳導、自然對流換熱和熱輻射等自然機制的非能動方式，將熱量釋放到大氣中，避免堆芯過熱發生熔毀。”仝禮允解釋道。

層層防線之下，華能石島灣高溫氣冷堆核電站可以做到“四不怕”——不怕沒有電、不怕沒有水、不怕沒有氣、不怕沒有人，讓我國在全世界首次于商業規模核電站上實現“固有安全”。

華能石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程廠區

推動煤電退役替代

由于我國富煤、缺油、少氣的資源稟賦，煤炭在相當長時間里依然是我國的主體能源。能源體系的低碳轉型，需要遵循“先立后破”。高溫氣冷堆為推動煤電退役替代提供了更具可行性的技術方案。

高溫氣冷堆采用小型模塊化設計，電站容量可根據區域需求能力和地理條件靈活規劃并建設，小則10萬千瓦、20萬千瓦，大則60萬千瓦、100萬千瓦。具體到煤電替代，“簡單來說，把燃煤鍋爐拉走，換成(容量合適的)反應堆，其它常規島部分像汽輪機等都不用換，可以節省一大筆投資。”仝禮允說。

此外，高溫氣冷堆還有一個優勢，就在名字里——高溫。所謂“高溫”，指的是堆內核燃料和其他材料均采用耐高溫材料，這些條件使得高溫氣冷堆的工作溫度和冷卻劑的堆芯出口溫度可以達到其它堆型難以企及的高度——900至1000攝氏度。

“從居民供暖來說，北方地區對集中清潔供暖需求較大，高溫氣冷堆作為零碳清潔能源，居民供暖具有廣闊應用前景。”仝禮允稱。既能供電又能供暖，這為我國北方大量燃煤熱電聯產機組的減碳轉型提供了可行之路。

他介紹，目前華能石島灣高溫氣冷堆示范工程在剛剛結束的這個供暖季，已實現向所在地寧津鎮供熱。對寧津街道區域供熱項目，與燃煤鍋爐集中供熱相比，預計每年可節約標煤約3700噸，可減排的煙塵、二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳等，預計將超6700噸。

此外，高溫氣冷堆的應用場景還包括核能制氫、分布式電源、海水淡化、稠油熱采等多個領域，可為工業園區、石化園區配套項目提供“電+熱+汽+氫”綜合能源服務。

面對如此廣泛的應用前景，高溫氣冷堆的批量生產能力如何？華能石島灣核電公司總經理張延旭表示，高溫氣冷堆首堆示范工程的設備國產化率為93.4%，依托于示范工程，目前基本全部核心零部件都能實現國內制造，具備規模建設能力。

【責任編輯：語謙】